交流力矩電動機調(diào)速系統(tǒng)

1、哈爾濱理工大學學士學位論文交流力矩電動機調(diào)速系統(tǒng)摘要介紹了三相交流力矩調(diào)節(jié)器的應用。根據(jù)三相交流電彼此相位相差120度的原理，提出了一種新的三相移相觸發(fā)設計方案，敘述了它的工作原理及接線方式。通過分析得出：該方案是可行的，線路簡化，對稱，一致，可獲得高可靠性，高性價比的產(chǎn)品。三相交流力矩電動機具有獨特的電氣性能，當負載增加時，電機的出軸轉速能自動的隨之降低，即具有較軟的機械特性。近年來，隨著科學技術的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和電氣傳動對電機性能要求也更加多樣化。力矩電機能保證機械特性軟且線性度好，適用于電氣傳動系統(tǒng)中某些要求電動機具有較軟機械特性的場合。交流力矩電動機調(diào)速系統(tǒng)設計為畢業(yè)設計課題，以鞏固大

2、學所學知識。通過本次設計，使我對電力拖動及其自動化專業(yè)的主干課程有一個較為全面，系統(tǒng)的掌握，增強了理論聯(lián)系實際的能力，提高了工程意識，鍛煉了我獨立分析和解決電力工程設計問題的能力，為未來的實際工作奠定了必要的基礎。關鍵詞力矩電動機；三相交流調(diào)壓；移相觸發(fā)；單穩(wěn)延時exchange torque motor speed regulation systemabstractintroduced the three-phase torque regulator applications. according to three-phase ac phase difference between the

3、principles of 120 degrees, a new three-phase shift of the trigger design, described the working principle and its connection mode. preparation and passed that test at the scene: the programmed is feasible, simplified lines and symmetry, consistent, be highly reliable, cost-effective products.three-p

4、hase ac torque motor has unique electrical properties, when the load increases, the motor shaft speed automatically to the decreased, with soft mechanical properties. in recent years, with scientific and technological development, industrial production and transmission of the electric motor performa

5、nce requirements have become more diversified. torque motor can guarantee that mechanical properties of soft and linearity, and apply to certain requirements in the electrical transmission system with a soft motor mechanical properties of occasions.exchange torque motor speed regulation system desig

6、ned to graduate design issues, in order to consolidate by the university of knowledge. through this design, so i drag on the power and automation professional courses are the backbone of a more comprehensive and systematic control and enhanced the ability to integrate theory with practice, raising a

7、wareness of the project, i tempered the independent analysis and engineering design to solve the power problem the ability of the actual work for the future lay the necessary foundation. keywords torque motor; three-phase ac surge; phase-shifting trigger; single stable delay.不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印- ii -

8、目錄摘要iabstractii第1章 緒論1 1.1 課題研究的背景1 1.2 問題的提出及研究的內(nèi)容和意義1 1.3 相關的理論與方法綜述2 1.3.1 晶閘管的特性.2 1.3.2 可控硅的相關特性.4 1.3.3 三相移相觸發(fā)原理.6 1.3.4 交流力矩電動機的特點. .6 1.3.5交流力矩電動機的具體結構7 1.3.6 交流力矩電動機及其控制器的應用.8 1.3.7 交流力矩電動機的具體介紹.9第2章 交流力矩電動機調(diào)速系統(tǒng)設計方案 . 142.1 三相移相觸發(fā)原理設計方案. 14 2.2 改進后的三相移相觸發(fā)原理設計方案.15 2.3 工作原理及主要元器件. .162.4本章小結

9、.18第3章 力矩調(diào)節(jié)器的接線方式 .19 3.1 星形帶中性線的三相交流調(diào)壓電路.19 3.2 三角形或星形不帶中性線的三相交流調(diào)壓電路. .19 3.3 三相交流調(diào)壓電路的性能簡介及工作參數(shù).203.4 本章小結. .21結論 22致謝 23參考文獻 .24附錄a.26附錄b.32千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“abstract”這一行后加一空行- iii -第1章 緒論1.1 課題研究的背景近年來，隨著科學技術的進步，工業(yè)生產(chǎn)和電氣拖動對電機性能的要求也更加多樣化。尤其是隨著電線電纜，塑料，紙品和織物以及八

10、十年代剛剛興起的合金芯線等產(chǎn)品發(fā)展，相應的生產(chǎn)設備需要研制，更新和擴充。而力矩電機能將產(chǎn)品以恒定的張力及線速度繞在卷筒或圓鼓上，因此被廣泛應用于造紙，紡織，塑料，軋鋼，電子等行業(yè)。在卷繞時，因直徑越來越大，轉速就必須逐漸減小以維持恒定的線速度，而轉矩也須隨直徑增大而成正比增大。力矩電機的機械特性近似一直線，所以適合上述用途。因此，七十年代力矩電機一出現(xiàn)，馬上引起了上述行業(yè)技術人員的高度重視。大量的，各種型號的力矩電機很快廣泛的應用于上述行業(yè)的設備中。但是，對用于不同張力和速度盤卷幾種不同產(chǎn)品的力矩電動機，使用時常需調(diào)節(jié)轉矩和速度。通常可用改變力矩電動機的端電壓方法來調(diào)節(jié)其速度及對應的轉矩，因為

11、轉矩和端電壓的平方成正比。調(diào)節(jié)端電壓的方法可用自耦調(diào)壓器，晶閘管等。合金芯線技術自七十年代末，八十年代初在國外才剛剛出現(xiàn)。在短短的幾十年里，已經(jīng)得到了廣泛的應用。自八十年代末開始，一個應用推廣該技術的熱潮亦在我國冶金以及軍工，機器制造行業(yè)形成。眾所周知，合金芯線技術之所以發(fā)展如此之快，除工藝上所進行的不懈探索之外，生產(chǎn)出性能優(yōu)良，技術穩(wěn)定的包芯機，喂線機是該技術得以實施的基礎和關鍵。在國內(nèi)目前生產(chǎn)的包芯機，喂線機產(chǎn)品中，黑龍江省冶金研究所的產(chǎn)品在各個指標上均名列前茅。力矩電動機的應用在冶金產(chǎn)品的技術，性能等方面，起到了舉足輕重的作用。力矩電動機的調(diào)節(jié)器有傳統(tǒng)的自耦調(diào)節(jié)器，80年代的dta系列電

12、子調(diào)壓器，雙向晶閘管交流調(diào)節(jié)器等。傳統(tǒng)的自耦調(diào)壓器本身存在觸點，耗電多，體積大，重量大。在帶動大功率負載的場合，常用三相交流力矩電動機作為力矩調(diào)節(jié)器。但是存在裝置笨重，體積大，價格高，可靠性差，調(diào)節(jié)使用不方便，功率因數(shù)低等缺點。隨著電力電子技術的迅速發(fā)展，三相交流調(diào)壓變壓器逐步被雙相晶閘管三相交流調(diào)壓電路所代替。所以，大，中功率的力矩調(diào)節(jié)器實質(zhì)上就是三相交流調(diào)壓器。為了令從事這方面的同事更多的了解力矩電機及其調(diào)速系統(tǒng)，特撰此文。1.2 問題的提出及研究的內(nèi)容和意義力矩電機能保證機械特性軟且線行度好，因此適用于電氣傳動系統(tǒng)中某些要求電動機具有較軟機械特性的場合。晶閘管交流力矩電動機調(diào)壓器是為代替

13、傳統(tǒng)力矩電動機調(diào)壓器而研制的。它完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的自耦調(diào)壓器，dta系列電子調(diào)壓器，對力矩電機調(diào)壓調(diào)速。該控制器吸收了各類調(diào)壓器的優(yōu)點，采用了集成觸發(fā)器，提高了觸發(fā)電路的工作可靠性。具有體積小，重量輕，無觸點，壽命長，耗電少，移相范圍寬（0近似180輸出），輸出電流是按控制對象（力矩電機）的堵轉電流設計的。能適應于任何不同負載的調(diào)速，且性能可靠。解決了以往力矩電機結構復雜，可靠性低，價格貴，容易引起干擾等缺點。 1.3相關的理論與方法綜述1.3.1 晶閘管的特性晶閘管是晶體閘流管的簡稱，俗稱可控硅。有陽極，陰極和控制極。其內(nèi)有四層pnpn半導體，三個pn結?？刂茦O不加電壓時，陽極（+）、陰極（

14、-）間加正向電壓不導通，陰極（+）、陽極（-）間加反向電壓也不導通，分別稱為正向阻斷和反向阻斷。陽極（+）、陰極（-）加正向電壓，控制極（+）、陰極（-）加一電壓觸發(fā)，可控硅導導通，此時控制極去除觸發(fā)電壓，可控硅仍導通，稱為觸發(fā)導通。要想關斷（不導通），只要電流小于維持電流就行了，去除正向電壓也能關斷。晶閘管的具體特性： (1) 在陽極和陰極之間外加正向電壓,但控制極不加觸發(fā)電壓時,晶閘管一般不會導通。 (2) 晶閘管導通需要同時滿足兩個條件： (a) 陽極和陰極外加正向電壓， (b) 控制極外加一定幅度的正觸發(fā)電壓。 (3) 普通的晶閘管一旦導通，觸發(fā)信號則失去控制作用，只要陽極、陰極間的正

15、向電壓存在，即使控制電壓減小到零或反向，晶閘管仍導通。 (4)要使晶閘管從導通變?yōu)樽钄啵仨殰p小陽極電流,或切斷正向電壓或加反向電壓才成。晶閘管對觸發(fā)電路的基本要求:1. 觸發(fā)信號的種類由上可知，晶閘管由關斷到開通，必須具備兩個外部條件：第一是承受足夠的正向電壓；第二是門極與陰極之間加一適當反向電壓、電流信號(觸發(fā)信號)。門極觸發(fā)信號有直流信號、交流信號和脈沖信號三種基本形式。 (1)直流信號 在晶閘管加適當?shù)年枠O正向電壓的情況下，在晶閘管門極與陰極間加適當?shù)闹绷麟妷?，則晶閘管將被觸發(fā)導通，如圖1-1(a)、(b)所示。這種觸發(fā)方式在實際中應用極少。因為晶閘管在其導通后就不需要門極信號繼續(xù)存在

16、。若采用直流觸發(fā)信號將使晶閘管門極損耗增加，有可能超過門極功耗；在晶閘管反向電壓時，門極直流電壓將使反向漏電流增加，也有可能造成晶閘管的損壞。(2)交流信號如圖1-1(c)所示，在晶閘管門極與陰極間加入交流電壓，當交流電壓dc，uc，時，晶閘管導通。uc，是保證晶閘管可靠觸發(fā)所需的最小門極電壓值，改變u。值，可改變觸發(fā)延遲角o。這種觸發(fā)形式也存在許多缺點，如：在溫度變化和交流電壓幅值波動時，觸發(fā)延遲角(不穩(wěn)定；改變交流電壓u。值來調(diào)節(jié)的變化范圍較小，精度低徊ldc不能太大等。(3)脈沖信號脈沖信號如圖1-1(d)(h)所示，其中(d)為尖脈沖；(e)為寬脈沖；(f)為脈沖列；(s)為雙脈沖；(

17、h)為強觸發(fā)脈沖。在晶閘管門極觸發(fā)電路中使用脈沖信號，不僅便于控制脈沖出現(xiàn)時刻，降低晶閘管門極功耗，還可以通過變壓器的雙繞組或多繞組輸出，實現(xiàn)信號的隔離輸出。因此，觸發(fā)信號多采用脈沖形式。 圖1-1 觸發(fā)器門極信號2. 晶閘管對門極觸發(fā)電路的要求晶閘管門極觸發(fā)信號由觸發(fā)電路提供，由于晶閘管電路種類很多，如整流、逆變、交流調(diào)壓、變頻等；所帶負載的性質(zhì)也不相同，如電阻性負載、電阻電感性負載、反電勢負載等。僅管不同的情況對觸發(fā)電路的要求也不同，但其基本要求卻是相同的，具體如下：(1)觸發(fā)信號應有足夠的功率(電壓、電流)這些指標在產(chǎn)品樣本中均已標明，由于晶閘管元件門極參數(shù)分散性大，且觸發(fā)電壓、電流值受

18、溫度影響會發(fā)生變化。例如元件溫度為100時，觸發(fā)電流、電壓值比在室溫時低2-3倍；元件溫度為-40時，觸發(fā)電流、電壓值比在室溫時高2-3倍。為了使元件在各種工作條件下都能可靠地觸發(fā)，可參考元件出廠的試驗數(shù)據(jù)或產(chǎn)品目錄，設計觸發(fā)電路的輸出電壓、電流值，并留有一定的裕量。一般可取兩倍左右的觸發(fā)電流裕量，而觸發(fā)電壓按觸發(fā)電流大小來決定，但應注意不要超過晶閘管門極允許的峰值功率和平均功率極限值。(2)觸發(fā)脈沖信號應有一定的寬度對于電阻性負載，一般晶閘管的導通時間為6 p，故觸發(fā)脈沖的寬度至少應有6 ps以上，最好應有20-50ps；對于電感性負載，觸發(fā)脈沖寬度還要加大，否則在脈沖終止時主電路電流還未上

19、升到晶閘管的掣住電流人，將使晶閘管無法導通而重新恢復關斷狀態(tài)，通常觸發(fā)脈沖寬。由單結晶體管組成的觸發(fā)電路，具有簡單、可靠、觸發(fā)脈沖前沿陡、抗干擾能力強以及溫度補償性能好等優(yōu)點，在單相與要求不高的三相晶閘管裝置中得到廣泛應用。但單結晶體管觸發(fā)電路只能產(chǎn)生窄脈沖。對于電感較大的負載，由于晶閘管在觸發(fā)導通時陽極電流上升較慢，在陽極電流還未到達管子掣住電流il時，觸發(fā)脈沖已經(jīng)消失，使晶閘管在觸發(fā)期間導通后又重新關斷。所以單結晶體管如不采用脈沖擴寬措施，是不宜觸發(fā)電感性負載的。為了克服單結晶體管觸發(fā)電路的缺點，在要求較高、功率較大的晶閘管裝置中，大多采用晶體管組成的觸發(fā)電路，其中最常用的是同步信號為正弦

20、波移相與鋸齒波移相觸發(fā)電路兩種。1.3.2 可控硅的相關特性可控硅是可控硅整流元件的簡稱,是一種具有三個pn 結的四層結構的大功率半導體器件,一般由兩晶閘管反向連接而成.它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點開關以快速接通或切斷電路，實現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等?？煽毓韬推渌雽w器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。它的出現(xiàn)，使半導體技術從弱電領域進入了強電領域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。（如圖1-2） 圖1-2 可控硅內(nèi)部及工作原理圖 晶閘管t在工作過程中，它的陽極a和陰極k與電源

21、和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極g和陰極k與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘 管的控制電路。從晶閘管的內(nèi)部分析工作過程： 晶閘管是四層三端器件，它有j1、j2、j3三個pn結，可以把它中間的np分成兩部分，構成一個pnp型三極管和一個npn型三極管的復合管（圖1-2）。 當晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導銅，必須使承受反向電壓的pn結j2失去阻擋作用。圖1-2中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。因此，兩個互相復合的晶體管電路，當有足夠的門極電流ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導通，晶體管飽和導通。 設pnp管和npn管的集電極電流相應為ic

22、1和ic2；發(fā)射極電流相應為ia和ik；電流放大系數(shù)相應為a1=ic1/ia和a2=ic2/ik，設流過j2結的反相漏電電流為ic0。 晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和： ia=ic1+ic2+ic0 或ia=a1ia+a2ik+ic0 若門極電流為ig,則晶閘管陰極電流為ik=ia+ig 從而可以得出晶閘管陽極電流為：i=(ic0+iga2)/（1-（a1+a2）（11） 硅pnp管和硅npn管相應的電流放大系數(shù)a1和a2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化。 當晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（11）中，ig=0,(a1+a2)很小，故晶閘管的陽極電流iaic

23、0 晶閘關處于正向阻斷狀態(tài)。當晶閘管在正向陽極電壓下，從門極g流入電流ig,由于足夠大的ig流經(jīng)npn管的發(fā)射結，從而提高起點流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流ic2流過pnp管的發(fā)射結，并提高了pnp管的電流放大系數(shù)a1,產(chǎn)生更大的極電極電流ic1流經(jīng)npn管的發(fā)射結。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。從圖3，當a1和a2隨發(fā)射極電流增加而（a1+a2）1時，式（11）中的分母1-（a1+a2）0,因此提高了晶閘管的陽極電流ia.這時，流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向?qū)顟B(tài)。 式（11）中，在晶閘管導通后，1-（a1+a2）0,即使此時門極電流ig=0,晶

24、閘管仍能保持原來的陽極電流ia而繼續(xù)導通。晶閘管在導通后，門極已失去作用。 在晶閘管導通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流ia減小到維持電流ih以下時，由于a1和a1迅速下降，當1-（a1+a2）0時，晶閘管恢復阻斷狀態(tài)。1.3.3 三相移相觸發(fā)原理移相電路的作用是將信號的相位移動一個角度。其工作原理根據(jù)不同的構成而存在差異。如晶閘管電路，可在輸入端加入一個控制信號來控制移相大??；在有些電路中則利用阻容電路的延時達到移相；在單片機控制系統(tǒng)還可利用內(nèi)部定時器達到移相的目的。觸發(fā)電路根據(jù)控制晶閘管的通斷狀況可分為移相觸發(fā)與過零觸發(fā)兩類。移相觸發(fā)就是改變晶閘管每周期導通的起始點即控

25、制角a的大小，以達到改變輸出電壓、功率的目的；而過零觸發(fā)是晶閘管在設定的時間間隔內(nèi)，通過改變導通的周波數(shù)來實現(xiàn)電壓或功率的控制。三相電路就是每一相位差120度，由交流電供應電源，由于相位差一樣，對稱性好，對電機及一些大功率電器的運行有很好的穩(wěn)定性三相交流電彼此相位相差120，因此可用一塊單相集成觸發(fā)電路產(chǎn)生a相可調(diào)移相觸發(fā)脈沖ua，然后以ua作為相位基準，彼此固定移相120后，再分別產(chǎn)生ub,uc兩相的移相觸發(fā)脈沖。用這樣的方法就實現(xiàn)了三相交流移相觸發(fā)。三相移相觸發(fā)電路可廣泛應用在各種控制電路中。具有結構簡單，造價較低，性能可靠，對電機及一些大功率電器的運行有很好的穩(wěn)定性等優(yōu)點。1.3.4交流

26、力矩電動機的特點交流力矩電動機具有獨特的電氣性能，當負載增加時，電機的出軸轉速能自動的隨之降低；負載減少時，電機的出軸轉速能自動的隨之升高。并且是寬調(diào)幅的（從堵轉到空轉，即轉子從不轉動到最大異步轉速）。即具有較軟的機械特性。交流力矩電動機的另一特點是其機械特性近似一直線，且能在轉子較長時間堵轉（靜止）狀態(tài)下作額定運行?？傮w說來，交流力矩電動機具有低轉速、大扭矩、過載能力強、響應快、特性線性度好、力矩波動小等特點，可直接驅(qū)動負載省去減速傳動齒輪，從而提高了系統(tǒng)的運行精度。為取得不同性能指標，該種電機有小氣隙、中氣隙、大氣隙三種不同結構形式，小氣隙結構，可以滿足一般使用精度要求，優(yōu)點是成本較低；大

27、氣隙結構，由于氣隙增大，消除了齒槽效應，減小了力矩波動，基本消除了磁阻的非線性變化，電機線性度更好，電磁氣隙加大，電樞電感小，電氣時間常數(shù)小，但是制造成本偏高；中氣隙結構，其性能指標略低于大氣隙結構電機，但遠高于小氣隙結構電機，而體積小于大氣隙結構電機，制造成本低于大氣隙結構電機。 1.3.5交流力矩電動機具體結構 電動機分交為流電動機和直流電動機兩大類。交流電動機用得較多。交流電動機又分三相式和單相式。三相交流力矩電動機結構簡單、制造容易、成本低、運行維護方便，它被廣泛的應用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。三相交流力矩電動機的具體結構： 三相交流力矩電動機主要由定子和轉子兩大部分組成：1.定子 電動機的靜止

28、部分稱為定子。它主要由定子鐵芯、定子繞組及機座三大部分組成。 （1）定子鐵芯定子鐵芯是電動機磁路的一部分，為減少渦流損耗和磁滯損耗，定子鐵芯一般用03505mm厚，表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊裝壓緊制成。在鐵芯的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽用以嵌放定子繞組。 （2）定子繞組三相異步電動機有三個獨立的繞組，統(tǒng)稱為三相繞組。每相繞組由若干只線圈按一定規(guī)律制成。線圈用絕緣銅線繞制。所有線圈有規(guī)律地嵌裝在定子鐵芯的槽中。三相繞組的頭和尾都引到電動機接線盒的端子上，可根據(jù)需要接成星形或三角形接線。 三相繞組的作用是：當三相繞組通入對稱的三相正弦交流電時，在電動機內(nèi)產(chǎn)生旋轉磁場； （3）機座機座是電動機的支架，用它固

29、定定子鐵芯、定子繞組和端蓋，同時電動機通過機座固定安裝在基礎上。因此，機座要有足夠的機械強度，一般用鑄鐵制成。封閉式電動機的機座外面有散熱片以增加散熱面積，防護式電動機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內(nèi)外的空氣能通過散熱孔直接對流散熱。2.轉子 轉子是電動機的旋轉部分。鼠籠式異步電動機的轉子一般為鑄鋁式轉子，用離心鑄鋁法，將熔化了的鋁澆鑄在轉子鐵芯槽中成為一個完整體，兩端的短路環(huán)和風扇葉也一起鑄成。另一種結構是銅條轉子，即在轉子鐵芯的槽中放置沒有絕緣的銅條。 轉子繞組的作用是切割定子磁場，產(chǎn)生感應電動勢和電流，并在定子磁場作用下受力而使轉子轉動。3.其它附件（1）端蓋：裝在機座的兩側，起支撐

30、轉子的作用，一般為鑄鐵件。（2）軸承：連接轉動部分，一般采用滾動軸承以減小摩擦。 （3）軸承端蓋：保護軸承，使軸承內(nèi)的潤滑油不致溢出。 （4）風扇：增強電動機散熱用。4銘牌 在電動機的機座上都裝有塊銘牌，銘牌上標出了該電動機的型號及一些主要技術參數(shù)，供正確選用電動機和電動機安全可靠運行用。1.3.6交流力矩電動機及其控制器的應用（一）在合金芯線技術上的應用合金芯線技術自七十年代末，八十年代初在國外才剛剛出現(xiàn)。在短短的幾十年里，已經(jīng)得到了廣泛的應用。自八十年代末開始，一個應用推廣該技術的熱潮亦在我國冶金以及軍工，機器制造行業(yè)形成。眾所周知，合金芯線技術之所以發(fā)展如此之快，除工藝上所進行的不懈探索

31、之外，生產(chǎn)出性能優(yōu)良，技術穩(wěn)定的包芯機，喂線機是該技術得以實施的基礎和關鍵。在國內(nèi)目前生產(chǎn)的包芯機，喂線機產(chǎn)品中，黑龍江省冶金研究所的產(chǎn)品在各個指標上均名列前茅。這一點，已得到了同行廠家與用戶的公認。力矩電動機的應用在冶金產(chǎn)品的技術，性能等方面，起到了舉足輕重的作用。（1）在包芯機上的應用包芯機主機機械部分采用了多組成形輪進行順次彎曲和向前推進滾壓的成形方法（其中包括芯線填料，咬口過程）。主機傳動系統(tǒng)按成形特性的不同被分成四組，分別通過各自的減速器由四臺力矩電機拖動。包出的合金芯線成品由收排線機卷繞在線盤上。收排線機由兩臺力矩電機拖動，其中一臺主拖，另一臺排線。有三個問題必須解決：第一，主機必

32、須保證四組成形輪（包括給料機）運行的同步，從而確保成線速度與給料速度的同步；第二，當主機四組傳動系統(tǒng)任一組負載超出或不到預定值時，改組能自動調(diào)節(jié)成線速度，從而避免合金芯線的堆積或拉斷；第三，收排線機收線速度必須和主機出線速度保持一致（線圈直徑是變量）。如前所述，力矩電機具有獨特的電氣性能。當負載增加時，其出軸轉速能自動隨之降低，即具有較軟的機械特性且線性度好。該特性恰恰能解決上述第一，第二個問題。關于第三個卷繞問題，隨著合金芯線的卷繞，線卷的直徑逐漸增大，在這個過程中要求任何時間都能保持均勻的張力，這一點非常重要。因為張力太大會造成線速度太大，并會將芯線直徑拉細甚至拉斷，合金芯線填料的均勻程度

33、也會受到影響。而張力過小將使卷繞松弛甚至散卷。卷繞時張力變化的主要因素是合金芯線卷繞到線盤時線卷直徑的增大，卷繞力矩隨線卷直徑增大而增加，而主傳動的速度是不變的。因此，必須使收排線機線盤轉速隨線圈直徑的增大而降低。力矩電機的機械特性完全能滿足上述要求。當然，在常規(guī)電氣控制方面，我們也采取了同步控制的相關策略；整個系統(tǒng)出線速度由調(diào)節(jié)各力矩電機控制器決定。（2）在喂線機上的應用力矩電機在喂線機上的應用主要用在其夾持輸線裝置上。該裝置是通過力矩電機和減速及變向機構完成輸線輪的上升和下降，從而對待輸送的合金芯線或金屬線施加或除去夾持力使其被夾持進線，退線或停止。主要是利用力矩電機的軟機械特性和堵轉特性

34、來實現(xiàn)根據(jù)負載情況自動調(diào)節(jié)夾持力，避免燒毀電機或壓裂芯線。解決了采用一般電機增加控制電路也很難解決的問題。在喂線機的放線機拖動上亦完全可以采用力矩電機，以避免芯線散卷。（二）在其它方面的應用（1）用于卷繞方面： 在金屬材料，纖維，紙張，塑料，電線電纜，橡膠等的卷繞加工時，卷繞是最后一個工序也是重要的一個工序。隨著產(chǎn)品的卷繞，卷筒的直徑逐漸增大，在這個過程中要求任何時間都能保持均勻的張力，這一點是十分重要的。因為張力太大會造成產(chǎn)品厚薄不均，線材直徑變化，線徑拉細甚至拉斷；而張力過小將使卷繞松弛。卷繞時張力變化的最大因素，是由于產(chǎn)品卷繞到卷盤時盤徑增大，卷繞力矩隨卷徑增大而增加，而給線速度不變，因

35、而必須令卷盤轉速隨卷徑增加而降低。力矩電機的機械特性完全能夠滿足上述要求。所以國內(nèi)用力矩電機代替復雜的機械傳動裝置與電氣自動控制裝置。（2）用于開卷（松卷，放線） 既把已成卷的產(chǎn)品松開再加工的場合，力矩電動機可運行在制動狀態(tài)，以防止材料在開卷過程中時松時緊而影響質(zhì)量，應該指出，力矩電動機處于制動狀態(tài)，這時轉矩或電流要略高于堵轉時數(shù)值，即要比堵轉狀態(tài)運行條件還要惡劣。所以應根據(jù)實際開卷需要，正確選擇某一堵轉時間的力矩電機。（3）用于調(diào)速電動機的輸出轉矩正比于電壓平方，如負載m1恒定，則通過調(diào)壓或磁分路結構機械調(diào)節(jié)等方法可獲得任意轉速如圖1-3交流力矩電動機機械特性圖所示?？捎煤唵?，可靠，低廉的方

36、法代替原來用普通異步電動機變頻電源調(diào)速或直流電動機調(diào)速方案（但機械特性硬度大不一樣）。m0m1nn3 n2 n1u1u2u3 圖1-3交流力矩電動機機械特性圖（4） 兼用作卷繞和堵轉在某些應用場合，如漿紗機的卷繞要求中途停車時紗的張力不變或電纜收卷起始階段須保持電纜張緊，鍛壓機的鑄件夾持固緊，壓鑄件上的溶液加壓及注塑機加壓，皮革，服裝機械的短時恒壓等，都需要在一段時間內(nèi)保持靜止的力或力矩。力矩電動機適宜此種用途。（5） 用于啟閉閥門，閘門和夾緊松開螺栓 力矩電動機啟動和堵轉力矩大，可以滿足這些使用場合的要求“關得緊，打得開”。此外，力矩電機也可利用其能堵轉，反轉的特點，也用于頻繁正，反轉的裝置

37、或其它類似這些動作的各種機械上等。（6）用于其它用途的伺服執(zhí)行機構 力矩電機具有線性度較好的機械特性，因此可作為自動控制系統(tǒng)中的伺服機構元件。1.3.7交流力矩電動機的具體介紹交流電機是實現(xiàn)機械能和交流電能相互轉換的機械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展，交流電機已成為最常用的電機。交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器（見直流電機的換向），因此結構簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉速、高電壓、大電流、大容量的電機。交流電機功率的覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。20世紀80年代初，最大的汽輪發(fā)電機已達150萬千瓦。交流電機按照其功能通常分為交流發(fā)電機、交流電動機和同步調(diào)相機幾大

38、類。由于電機工作狀態(tài)的可逆性(見電機),同一臺電機既可作發(fā)電機又可作電動機。把電機分為發(fā)電機與電動機并不很確切，只是有些電機主要作發(fā)電機運行，有些電機主要作電動機運行。 交流電機按品種分有同步電機、異步電機兩大類。同步電機轉子的轉速ns與旋轉磁場的轉速相同，稱為同步轉速。ns與所接交流電的頻率 (f)、電機的磁極對數(shù)(p)之間有嚴格的關系： nsf/p在中國，電源頻率為50赫，所以二極電機的同步轉速為3000轉/分，四極電機的同步轉速為1500轉/分，余類推。異步電機轉子的轉速總是低于或高于其旋轉磁場的轉速，異步之名由此而來。異步電機轉子轉速與旋轉磁場轉速之差（稱為轉差）通常在10以內(nèi)。由此可

39、知，交流電機（不管是同步還是異步）的轉速都受電源頻率的制約。因此,交流電機的調(diào)速比較困難,最好的辦法是改變電源的頻率，而以往要改變電源頻率是比較復雜的。所以70年代以前，在要求調(diào)速的場合，多用直流電機。隨著電力電子技術的發(fā)展，交流電動機的變頻調(diào)速技術已開始得到實用。 近年來的新發(fā)展的交流電動機的變頻調(diào)速電路主要由控制電路和主電路兩部分組成。對開關器件的性能要求較低，便于用較小功率的開關器件組成大功率的調(diào)速裝置；供給電動機的電壓波形較好（有害諧波成分低，無尖峰脈沖）；電動機運行時無高頻噪聲污染，也不存在對電網(wǎng)的高頻干擾。 交流電動機變頻調(diào)速方法其特征在于：利用整流器和濾波器及變壓器將三相交流市電

40、整流成極性和大小不同的一組多級直流電壓，采用階梯波來逼近正弦交流電波，并用改變一周內(nèi)各階梯相對寬度的方法（階梯調(diào)寬式）來調(diào)節(jié)有用基波電壓的大小，使用三組晶體管開關（或其他開關）將上述多級直流電壓按一定的順序和周期分別與三相電動機的三相定子繞組接通，使三相電動機得到呈階梯波形的三相交流電供電。用微處理器控制上述三組晶體管開關與各級電壓接通的周期以改變對三相電動機供電的頻率，并控制上述三組晶體管開關中各開關在一周內(nèi)接通相應電壓的相對時間，以改變對三相電動機供電的有效電壓幅度（基波幅度），使三相電動機所得有效電壓的幅值與頻率成正比變化，滿足恒轉矩調(diào)速的要求。選擇上述三組開關的開關模式（開閉規(guī)律）使供

41、電給三相電動機的階梯波電壓中的有害諧波成份減至最小，并使該裝置在三相電動機的功率因數(shù)為以上時可以自然續(xù)流。交流電機一般采用三相制，因為三相交流電機與單相電機相比，無論在性能指標，原材料利用和價格等方面均有明顯的優(yōu)越性。同樣功率的三相電機比單相電機體積小，重量輕，價格低。三相電動機有自起動能力。單相電機沒有起動轉矩，為解決起動問題，需采取一些特殊的措施(見單相異步電動機)。單相電機的轉矩是脈動的，噪聲也比較大，但所需的電源比較簡單，特別是在家庭中使用十分方便。因此小型家用電機和儀用電機多采用單相電機。而在交流電機中，定子接交流電源、容量用軸上輸出轉矩來標志、且能在轉子短時或較長時間堵轉（靜止）狀

42、態(tài)下作額定運行的電動機，被稱之為交流力矩電動機。其堵轉時的力矩被視之為額定力矩。一般說來，就是最大力矩。它們之間的關系可用下式表示：額定力矩=堵轉力矩=最大力矩力矩電機的主要特性是當力矩電機拖動的動負載增加時，電機轉速會自行降低；動負載減少時，電機轉速會自行升高。并且是寬幅的（從堵轉到空轉，即轉子從不轉動到最大異步轉速）。這種特性稱之為軟機械特性。力矩電機力矩值單位按照國際標準，用牛頓米(nm)作單位。目前，國內(nèi)常用公斤米(kgm)或公斤厘米(kgcm)作單位。它們之間的關系如下：1公斤米(kgm)=9.8牛頓米(nm)1公斤米(kgm)=100公斤厘米(kgcm)力矩電機的輸出力矩可由下式參

43、考選擇:m=f(d/2)(1/ik)其中：m力矩電機的輸出力矩（kgm）； f最大卷繞張力（kg）；d滿盤時的卷徑（m）；i傳動減速比；減速裝置效率，一般為0.80.9；k折算到堵轉力矩的系數(shù)。當最低轉速n/3時約0.8,2n/3轉速時約0.55。輸出力矩的選擇應和所需相近，避免選擇過大。因為過大，如負載較小時，勢必根據(jù)張力要求將電機輸入電壓降得很低，而電壓過低時，電機機械特性曲線變得較平坦，破壞卷繞精度。一般說來，力矩電機的最佳運行區(qū)域為：從輸出力矩看，為額定力矩的1/33/4；從軸的轉速看，為同步轉速的1/32/3。調(diào)速時電壓要通過實踐選擇，最好不低于200伏。力矩電機的同步轉速，卷徑比及

44、電機最佳工作轉速范圍如下表1-4所示： 表1-4力矩電機工作參數(shù) 卷徑 轉速r/min1500(4極)1000（6極）750（8極）空盤滿盤空盤滿盤空盤滿盤1：210005006663335002501：311253537502505611871：41200300800200600150由表1-4中可見：在其它條件不變時，卷徑比值小時的空盤轉速高于卷徑比值大時的空盤轉速，卷徑比值小時的滿盤轉速低于卷徑比值大時的滿盤轉速。并且滿盤轉速與空盤轉速之比值等于卷徑比值。力矩電機通過變速機構（齒輪或皮帶輪等）后，所傳遞的轉速與力矩的變化規(guī)律是：轉速增高，力矩值下降；轉速降低，力矩值增高。轉速與力矩成反比

45、關系。故在卷徑比值較（1：4）更小或負載力矩值遠大于提供力矩電機的最佳輸出力矩時，只要根據(jù)實際卷徑比值，通過簡單計算，選取適當?shù)臏p速機構即可解決。另外，選減速器應根據(jù)實際卷徑比值計算所選減速機構平衡，必要時可變更力矩電機極數(shù)?？傊?，力矩電機的選用應遵循兩條原則：1.根據(jù)負載所需力矩值選用：（1）不通過減速器時，選用的電機的額定（堵轉）力矩要比負載力矩大，一般應大于負載力矩的1/3。（2）通過減速器時，選用的電機的額定（堵轉）力矩與速比的倒數(shù)的乘積要比負載的力矩大，一般也應大于負載力矩的1/3。2.不論是否通過減速器還是選用極數(shù)不同的力矩電機，電極的轉速應始終在其同步轉速的（1/32/3）區(qū)間內(nèi)

46、。力矩電機的額定（堵轉）輸出功率p2可由下式?jīng)Q定：p=mn0/975； 單位： k(千瓦)其中 m堵轉時額定輸出力矩，公斤米；n0同步轉速，轉/分k系數(shù)，0.960.99。力矩電機結構型式按外殼防護型式分，有封閉式，防滴式；按冷卻方式分，有自冷式，自扇風冷式和通風式；按轉子結構分有鼠籠式，實心鋼轉子式；按力矩大小分，有力矩電機（0.6公斤米以上），微型力矩電機（0.5公斤米以下）。在使用力矩電機拖動卷繞裝置時，要根據(jù)不同的機械對啟動和工作時的電壓應當有些增減。根據(jù)不同機械和不同使用要求，通過實驗調(diào)整，摸索其規(guī)率。對帶有鼓風機的力矩電動機，須保證進風口暢通，鼓風機的旋轉方向和所標示的方向一致，否

47、則得不到良好的冷卻。為了更好的使力矩電機適應低速下的工作，使用過程中（包括工序停車時間），鼓風機必須常開。如電極停止運行，鼓風機應延續(xù)一段時間。力矩電機，尤其是容量較大的電動機，經(jīng)常運行在低速下，發(fā)熱比較厲害。從通風口排出的氣體溫度很高，甚至吹出煙霧來。這是漆和軸里的油滴到高溫的轉子導條上所致，等到油漆燒去后會自行消失。力矩電機在使用過程中，應注意清潔，防潮，防止雜物進入內(nèi)部。要定期清理，存放時，應吹凈內(nèi)部灰塵，并檢查零部件是否完好。在鼓風機進風口和電極前端蓋出風口處應包好，防止灰塵，蟲鼠侵入。第二章 交流力矩電動機調(diào)速系統(tǒng)設計方案2.1三相移相觸發(fā)原理設計方案晶閘管最重要的特性是正向?qū)ǖ目?/p>

48、控性。為晶閘管的門極提供觸發(fā)電壓與電流的電路稱為觸發(fā)電路，它決定每個晶閘管的觸發(fā)導通時刻，是晶閘管最重要的部分。正確設計選用觸發(fā)電路，可以充分發(fā)揮晶閘管及其裝置的潛力，保證安全可靠的工作。所以，三相交流調(diào)壓電路的設計主要是晶閘管三相交流移相觸發(fā)電路的設計。晶閘管裝置的正常工作，與門極觸發(fā)電路正確和可靠的運行密切相關，門極觸發(fā)電路必須按照主電路的要求來設計。為獲得晶閘管裝置負載的某些特性，往往通過門極觸發(fā)電路實行各種要求的反饋控制?，F(xiàn)對單相整流觸發(fā)電路的基本單元進行討論。對于晶閘管變流裝置主電路，都可提出如下的門極觸發(fā)電路一般要求：（1）觸發(fā)脈沖應有足夠的功率，觸發(fā)脈沖的電壓和電流應大于晶閘管要

49、求的數(shù)值，并留有一定的裕量。 （2）觸發(fā)脈沖的相位應能在規(guī)定范圍內(nèi)移動。 （3）觸發(fā)脈沖與晶閘管主電路電源必須同步，兩者頻率應該相同，并且要有固定的相位關系，使每一周期都能在同樣的相位上觸發(fā)。 （4）觸發(fā)脈沖的波形要符合要求，例如對電感性負載，脈沖的寬度要寬些，一般達50hz的18。對于多個晶閘管作串并聯(lián)運用時，為改善均壓與均流，脈沖的前沿陡度希望略大一些。 具體的觸發(fā)電路種類較多，簡易的有阻容移想觸發(fā)電路、單結晶體管觸發(fā)電路等。以往采用晶閘管的三相交流調(diào)壓電路都是采用分立元件組成，可靠性太低，價格較貴，還有引起干擾等缺陷，因而影響了它的推廣應用。隨著晶閘管變流技術的發(fā)展，國內(nèi)已能夠生產(chǎn)kj(

50、kc)系列集成電路觸發(fā)器十幾個品種。由于采用集成觸發(fā)器，提高了觸發(fā)電路的工作可靠性，縮小了體積，大大簡化了觸發(fā)電路的生產(chǎn)與調(diào)試。所以，設計三相移相觸發(fā)電路時器件類型的選擇，首選方案是采用國產(chǎn)集成觸發(fā)器,而單結晶體管等分立元件觸發(fā)電路已被淘汰。觸發(fā)脈沖成形集成電路觸發(fā)器ua同步電壓控制電壓集成電路觸發(fā)器ub同步電壓控制電壓隔離uga觸發(fā)脈沖成形隔離ugbuc同步電壓控制電壓集成電路觸發(fā)器觸發(fā)脈沖成形隔離ugc 圖2-1 三相移相觸發(fā)原理框圖kj(kc)系列集成電路觸發(fā)器都是做成單相移相觸發(fā)的，目前尚未有單片三相集成電路觸發(fā)器生產(chǎn)。三相交流移相觸發(fā)電路的原理方框圖如圖2-1所示，它由三片單相kj或

51、kc系列集成觸發(fā)電路組成，并專門由三相同步變壓器或三只單相同步變壓器為其提供三相三路同步電壓。三路控制電壓分別控制每相觸發(fā)脈沖在一定范圍內(nèi)移相。由于力矩電動機是電感性負載，而kj(kc)系列集成電路只能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖寬度為100s2ms的窄脈沖，所以還要有觸發(fā)脈沖形成電路，形成寬脈沖或雙窄脈沖，才能保持晶閘管可靠工作。為了實現(xiàn)強電與弱電的隔離與抑制干擾，最后還須用光耦合器或脈沖變壓器組成隔離電路，把移相觸發(fā)脈沖分別送至三相各自對應的晶閘管門極。從圖2-1可以看出，這種線路比較復雜，整機可靠性低，成本較高。kj系列集成觸發(fā)器的價格為十幾元一只，三只同步變壓器價格也較高，體積又大。實現(xiàn)三路215v的

52、控制電壓以及+15v直流電源供電的共用等，具體線路即復雜又比較麻煩。2.2改進后的三相移相觸發(fā)原理設計方案所以，我們對上述方案作了進一步的分析與改進，得出了另一種新的設計方法。新的三相移相觸發(fā)原理方框圖如圖2-2所示。三相交流電是頻率相同，振幅相同，彼此相位相差120的一組電壓，相應的向量表達式為：a=up0b=up-120c=up120ua 同步電壓 控制電壓集成電路觸發(fā)器觸發(fā)脈沖成形隔離ugau120移相成形隔離ugb120移向成形ugc隔離 圖2-2 新的三相移相觸發(fā)原理框圖可見新方法就是根據(jù)三相交流電彼此相位相差120的原理設計的。從圖2-2可看出，只要用一塊單相集成觸發(fā)電路產(chǎn)生a相可

53、調(diào)移相觸發(fā)脈沖a，再以a作為相位（時間）基準，彼此固定移相120后，再分別產(chǎn)生b,c兩相的移相觸發(fā)脈沖。這樣就實現(xiàn)了三相交流移相觸發(fā)。比較圖2-1與圖2-2可看出，新的三相移相觸發(fā)方案僅需要一塊kj(kc)系列集成觸發(fā)電路，一個同步電壓源，一個外接+15v電源，一個移相控制電壓源。避免了圖2-1方案中電壓共用等麻煩，全機僅用一只單相電源變壓器就可提供所有需要的各種電壓（包括同步電壓，光耦電源）。圖2-2中多用了兩個120固定移相電路。120固定移相可以用ne555時基集成電路來實現(xiàn)，而ne555時基集成電路僅一元多錢一只。新的三相交流移相觸發(fā)電路結構明顯簡化，可全部采用集成化電路，令三相交流力

54、矩調(diào)節(jié)器的性價比明顯提高。2.3工作原理及主要元器件新的三相交流移相觸發(fā)電路實例如圖2-3所示，我們僅采用kj006移相觸發(fā)集成電路ic1一只。該電路具有鋸齒波線形好，移相范圍寬，控制方式簡單，有失交保護，輸出電流大等優(yōu)點，它是交流調(diào)壓的理想集成電路。全機（包括kj006）都采用+15v直流穩(wěn)壓電源供電；同步電壓取自a相電源變壓器的次極。r1為同步限流電阻，其阻值的計算可按下式確定：r1=交流同步電壓1000/34 （）鋸齒波的斜率由5腳的外接電阻r5和c2的數(shù)值決定。觸發(fā)脈沖寬度由r3和c1的數(shù)值決定。w1電位器改變6腳的直流電位，即控制電壓用于調(diào)節(jié)移相范圍。w1串接r6與r7是為了限制控制移相的范圍。kj006由9腳輸出a相可調(diào)移相觸發(fā)脈沖。a相的可調(diào)移相觸發(fā)脈沖經(jīng)r8，c3微分后，分別送到ne555的2腳去觸發(fā)ic2與ic4。ic2,ic3,ic4,ic5,ic6都是由 ne555時基集成電路組成的單穩(wěn)態(tài)電路，在預定時間范圍內(nèi)給出不同的輸出，作為自動定時控制。每個定時器3腳輸出的脈沖延時